主讲教师：李 丹 13872606770 lucy2140163.com三峡大学电气与新能源学院输电线路系高电压技术 第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 2第七章第七章 雷电放电及防雷保护装置雷电放电及防雷保护装置雷电在电力系统中的危害：（1）雷电过电压（2）雷电流第1节 雷电放电和雷电过电压第2节 防雷保护装置第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 3第一节第一节 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压1、雷云的形成能产生雷电的带电云层称为雷云。是一个气象物理问题，观点非常多。u感应起电、对流起电、温差起电、水滴分裂起电、 融化起电、冻结起电等，至今尚无定论。指定教材认同水滴分裂起电理论。由此可见，雷电的成因源于大气的运动。主要研究“云-地”之 间、线状、下行、负 雷闪的情况。第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 4第一节第一节 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压2、雷电放电过程超长气隙不均匀电场的火花放电现象。分级先导放电-主放电-余辉放电第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 5第一节第一节 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压3、雷电参数（1）雷暴日（Td）及雷暴小时（Th）u雷电活动频度，评价一个地区雷电活动的多少，通 常以该地区多年统计所得到的平均出现雷暴的天数 或小时数作为指标。u雷暴日Td 是指该地区平均一年内有雷电放电的平均 天数。u雷暴小时Th 雷暴小时是指平均一年内的有雷电的小 时数。u雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地 貌有关uTd 40，多雷区；90，强雷区第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 6第一节第一节 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压3、雷电参数（2）地面落雷密度（）和雷击选择性u表征雷云对地放电的频繁程度以地面落雷密度（ ）来表示，是指每一雷暴日每平方公里地面遭受雷 击的次数。u地面落雷密度和雷暴日的关系式为：DL/T 6201997标准取 为基准，则第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 7第一节第一节 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压3、雷电参数（3）雷道波阻抗（Z0）u雷电通道的长度可达数千米，而半径仅为数厘米， 类似一条分布参数线路，具有某一等值波阻抗，称 为雷道波阻抗。u我国规程建议取（4）雷电的极性u实测负极性所占比例在75%90%之间，且负极性 过电压波衰减小，速度慢，危害大。u防雷保护都取负极性雷电流进行研究分析。第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 8第一节第一节 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压3、雷电参数（5）雷电流幅值（I）u雷电流大小除与雷云中电荷数量有关外，还与被击 中物体的波阻抗或接地电阻的量值有关。u雷电流定义为雷击于低接地电阻（30）物体时 ，流过雷击点的电流。u近似等于雷电通道入射电流的两倍。u按DL/T 6201997标准，一般我国雷暴日超过20的 地区雷电流的概率分布为第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 9第一节第一节 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压3、雷电参数（6）雷电流的波前时间、陡度及波长u波前时间T1处于14s的范围内，平均为2.6 s 左右；u波长（半峰值时间）T2处于20100 s范围内， 多数为40 s左右；u陡度a由雷电流的幅值和波前时间决定，所以雷电 流波前的平均陡度a=I/2.6（kA/ s ），实测最大 极限可取50 kA/ s。第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 10第一节第一节 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压3、雷电参数（7）雷电流的计算波形u双指数波；u斜角波；u斜角平顶波；u半余弦波。第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 11第一节第一节 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压3、雷电参数（8）雷电流的多重放电次数及总延续时 间（9）放电能量第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 12第一节第一节 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压4、雷电过电压的形成（1）雷电放电的计算模型u雷击地面由先导放电转变为主放电的过程可以用一 根已充电的垂直导线突然与被击物体接通来模拟。雷击大地时的计算模型 (a)模拟先导放电 (b)模拟主放电 (c)主放电通道电路 (d)等值电路第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 13第一节第一节 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压4、雷电过电压的形成（2）直接雷击过电压的几个典型算例u1）雷击于地面上接地良好的物体根据雷电流的定义,这时流过雷击点A的电流即为雷电流 i。如(b)为其电流源等值电路，则雷电流为：第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 14第一节第一节 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压4、雷电过电压的形成（2）直接雷击过电压的几个典型算例u2）雷击于导线或档距中央避雷线令Z0=300 ，Z=400 ，可得UA=120I第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 15第一节第一节 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压4、雷电过电压的形成（3）感应雷击过电压u由于雷云对地放电过程中，放电通道周围空间电磁 场的急剧变化，会在附近线路的导线上产生过电压 。在雷云放电的先导阶段，先导通道中充满了电荷 ，如图（a）所示当先导到达附近地面时，主放电开 始，先导通道中的电荷被中和，与之相应的导线上 的束缚电荷得到解放，以波的形式向导线两侧运动 ，如图（b）所示。第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 16第一节第一节 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压4、雷电过电压的形成（3）感应雷击过电压u（1）在雷击点与电力线路之间的距离s65m的情况下u（2）雷击于塔顶等紧靠导线的接地物体式中I雷电流幅值hc导线的平均对地高度s雷击点与线路之间的距离式中a感应雷过电压系数，它近似等于 雷电流的平均波前陡度，即aI/2.6避雷线对感应雷击过电压的影响 。第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 17第一节第一节 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压 4、雷电过电压的形成（3）感应雷击过电压 与相邻导线间的感应电压区别：u（1）感应雷击过电压的极性一定与雷云的极性相反 ，而相邻导线间的感应电压的极性一定与感应源相同 ；u（2）感应雷击过电压一定要在雷云及其先导通道中 的电荷被中和后，才能出现，而相邻导线间的感应电 压却与感应源同生同灭；u（3）感应雷击过电压的波前平缓、波长较长；u（4）感应雷击过电压在三相导线上同时出现，且数 值基本相等，故不会出现相间电位差和相间闪络；如 幅值较大，也只可能引起对地闪络。第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 18第一节第一节 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压 小 结获得比较广泛认同的雷云形成机理为水滴分裂起电 理论。雷电放电实质上是一种超长气隙的火花放电，下行 的负极性雷通常可分为三个主要阶段：先导放电、 主放电、余辉放电。从雷电过电压计算和防雷设计的角度来看，值得注 意的雷电参数有：雷暴日及雷暴小时、雷电流幅值 、雷电流的计算波形等。感应雷击过电压与相邻导线间的感应电压有很大不 同。第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 19第二节第二节 防雷保护装置防雷保护装置雷电放电作为一种强大的自然力的爆发是难以 制止的，产生的雷电过电压可高达数百至数千 kV，如不采取防护措施，将引起电力系统故障 ，造成大面积停电。目前人们主要是设法去躲避和限制雷电的破坏 性，基本措施就是加装避雷针、避雷线、避雷 器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线 圈、自动重合闸等防雷保护装置。避雷针、避雷线用于防止直击雷过电压，避雷 器用于防止沿输电线路侵入变电所的感应雷过 电压。第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 20第二节第二节 防雷保护装置防雷保护装置 1、避雷针和避雷线保护作用原理：能使雷云电场发生突变，使雷电先导的发 展沿着避雷针的方向发展，直击于其上，雷电流通过避雷 针（线）及接地装置泄入大地而防止避雷针（线）周围的 设备受到雷击。第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 21第二节第二节 防雷保护装置防雷保护装置 1、避雷针和避雷线 保护范围：u表示避雷针(线)的保护效能，通常采用保护范 围的概念，只具有相对意义。u避雷针(线)的保护范围是指被保护物体在此空 间范围内不致遭受直接雷击。u我国使用的避雷针(线)的保护范围的计算方法 ，是根据小电流雷电冲击模拟试验确定，并根 据多年运行经验进行了校验。保护范围是按照 保护概率99.9%确定的空间范围（即屏蔽失效率 或绕击率0.1%）。第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 22第二节第二节 防雷保护装置防雷保护装置 1、避雷针和避雷线 （1）单支避雷针h避雷针的高度 P高度修正系数第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 23第二节第二节 防雷保护装置防雷保护装置 1、避雷针和避雷线 （2）两支等高避雷针两针外侧的保护范围按单根避雷针方法确定； 两针内侧的保护高度由两针及保护范围上部边 缘最低点O的圆弧来确定。O点为假想避雷针的顶点，其 高度按下式计算：h避雷针的高度； h0两针间联合保护范 围上部边缘的最低点的 高度；两针间hx水平面上保护范围 的一侧最小宽度bx两针间距离与针高之比 D/h不宜大于5。第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 24第二节第二节 防雷保护装置防雷保护装置 1、避雷针和避雷线 （3）两支不等高避雷针第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 25第二节第二节 防雷保护装置防雷保护装置 1、避雷针和避雷线 （4）多支等高避雷针u由于发电厂或变电所的面积较大，实际上都采 用多支等高避雷针保护。u三支等高避雷针所形成的三角形的外侧保护范 围分别按两支等高避雷针的计算方法确定。u四支及以上等高避雷针所形成的四角形或多角 形，可先将其分成两个或数个三角形，然后分 别按三支等高避雷针的方法计算。第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 26第二节第二节 防雷保护装置防雷保护装置 1、避雷针和避雷线避雷线，通常又称架空地线，简称地线。避雷线的防雷原理与避雷针相同，主要用于输电 线路的保护，也可用来保护发电厂和变电所，近 年来许多国家采用避雷线保护500kV大型超高压 变电所。用于输电线路时，避雷线除了防止雷电直击导线 外，同时还有分流作用，以减少流经杆塔入地的 雷电流从而降低塔顶电位，避雷线对导线的耦合 作用还可以降低导线上的感应雷过电压。 第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 27第二节第二节 防雷保护装置防雷保护装置 1、避雷针和避雷线（5）单根避雷线当hxh/2 rx=0.47(h-hx)P当hxd）u多根垂直接地体u水平接地体第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 42第二节第二节 防雷保护装置防雷保护装置 3、防雷接地（3）防雷接地及有关计算u防雷接地所泄放的电流是冲击大电流，其波前陡度很大 ，如果接地装置的延伸范围足够大，接地装置的等值电 路与分布参数长线相似。冲击系数i可能小于1，也可能大于1。第七章 雷电放电及防雷保护装置高电压技术第八讲 43第二节第二节 防雷保护装置防雷保护装置 3、防雷接地（3）防雷接地及有关计算un根垂直钢管或n根水平钢带构成的接地装置，它的冲击 接